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Preparation of terbium-161 labelled radioimmunoconjugates based on monoclonal antibodies

본 연구는 높은 방사성 표지 효율과 인 비트로(in vitro) 안정성을 갖춘 안정적인 테르븀-161 방사성 면역 결합체를 생성하기 위해 베바시주맙에 대한 DOTA 접합 및 방사성 표지 조건을 성공적으로 최적화하였음을 입증한다.

원저자: B. Brzková, M. Vlk, T. Janská, K. Nováková, Z. Nový, K. Hajduová, P. Bárta, F. Trejtnar, J. Kozempel

게시일 2026-08-26

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CC BY 4.0

원저자: B. Brzková, M. Vlk, T. Janská, K. Nováková, Z. Nový, K. Hajduová, P. Bárta, F. Trejtnar, J. Kozempel

원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

암 치료는 종종 정밀함이라는 전략에 의존합니다. 즉, 주변의 풍경은 보존하면서 적에게 직접 강력한 무기를 전달하는 것입니다. 수십 년 동안 과학자들은 암세포 표면의 특정 표적을 인식하고 달라붙도록 설계된 단백질인 단클론 항체를 이 무기를 전달하는 운반체로 사용해 왔습니다. 일단 부착되면, 이 항체들은 종양에 성장을 지시하는 신호를 차단하거나 방사성 물질이라는 화물을 악성 세포로 직접 운반할 수 있습니다. 방사면역치료라고 알려진 이 접근법은 건강한 조직에 대한 손상을 최소 최소화하면서 종양을 내부에서부터 파괴하는 것을 목표로 합니다. 그러나 이 방법의 성공 여부는 항체와 방사성 물질 사이의 결합 안정성에 크게 달려 있습니다. 만약 방사성 원자가 종양에 도달하기 전에 떨어져 나가면, 건강한 장기로 흘러 들어가 아무런 이득 없이 해를 끼칠 수 있습니다. 적절한 방사성 원소와 이를 고정할 수 있는 가장 강력한 화학적 '풀'을 찾는 것은 더 안전하고 효과적인 치료법을 개발하는 데 있어 핵심적인 과제로 남아 있습니다.

최근 한 연구에서 여러 체코 기관의 연구진은 테르븀-161(terbium-161)이라는 특정 방사성 원소를 사용하여 이 과정을 개선하고자 했습니다. 이 원소는 개별 암세포와 미세전이(micrometastases)라고 불리는 아주 작은 세포 집단을 파괴하는 데 특히 효과적인 유형의 방사선을 방출하기 때문에 주목받고 있습니다. 연구팀은 두 가지 잘 알려진 항체, 즉 종양에 영양을 공급하는 혈관을 표적으로 하는 베바시주맙(beevacizumab)과 특정 혈액암 관련 면역 세포에서 발견되는 특정 단백질을 표적으로 하는 리툭시맙(rituximab)에 집중했습니다. 연구진의 목표는 이 항체들에 킬레이트(chelator)라고 알려진 화학 구조를 부착하는 것이었습니다. 이 킬레이트는 테르븀-161을 단단히 붙잡아 몸속을 이동하는 동안 탈출하지 못하도록 설계된 분자 케이지 역할을 합니다. 그들은 항체의 표면에 매우 강한 결합을 형성하는 유형과 약간 다른 종류의 연결을 형성하는 유형의 두 가지 서로 다른 화학적 케이지를 테스트하여 어떤 조합이 가장 잘 작동하는지 확인했습니다.

과학자들은 먼저 항체를 준비하며, 원래의 의료 용액에서 불순물을 제거하는 세척 과정을 거쳤습니다. 그 후 항체를 다양한 양의 화학적 케이지와 혼합하여, 최적의 비율을 찾기 위해 다양한 비율을 테스트했습니다. 만약 케이지를 너무 적게 추가하면 항체가 효과를 낼 만큼 충분한 방사선을 운반하지 못할 수 있습니다. 반대로 너무 많이 추가하면, 추가된 화학 물질이 항체의 모양을 변화시키거나 불안정하게 만들 수 있습니다. 결과를 세밀하게 측정함으로써, 연구진은 첫 번째 유형의 케이지를 적당량 추가하고 두 번째 유형을 약간 더 적은 양으로 추가하는 것이 최상의 균형을 제공한다는 것을 알아냈습니다. 이를 통해 항체의 표적 탐색 능력을 저해하지 않으면서도 케이지를 안전하게 부착할 수 있었습니다.

항체가 수정된 후, 연구팀은 방사성 테르븀-161을 도입했습니다. 그들은 방사성 원자가 효율적으로 고정되도록 하기 위해 액체 혼합물의 산도와 반응 허용 시간과 같은 다양한 조건을 테스트했습니다. 연구진은 특정 산도와 타이밍의 조합이 방사성 원자를 항체에 높은 효율로 부착할 수 있게 해준다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, 베바시주맙 항체의 한 버전은 완벽한 부착률을 달-성했으며, 다른 버전들은 82%, 87%, 99%에 도달했습니다. 이러한 높은 효율성은 매우 중요합니다. 이는 방사성 물질이 거의 낭비되지 않거나 용액 속에 자유롭게 떠다니지 않는다는 것을 의미하기 때문입니다.

이 새로운 방사성 도구들이 살아있는 생체 내에서 안전하게 작동할 수 있는지 확인하기 위해, 연구진은 엄격한 안정성 테스트를 실시했습니다. 연구진은 라벨링된 항체들을 혈장 및 혈청을 포함하여 인체 내부 조건을 모사한 용액에 넣고, 냉장 보관부터 체온까지 다양한 온도로 유지했습니다. 일주일 동안, 그들은 방사성 원자가 항체에서 떨어져 나갔는지 매일 확인했습니다. 결과는 매우 고무적이었습니다. 모든 테스트에서 방사성 원자는 항체에 단단히 붙어 있었습니다. 방사성 혼합물의 순도는 온도나 용액의 종류에 관계없이 일주일 내내 88% 이상을 유지했습니다. 이는 방사선을 고정하는 화학 결합이 상당 기간 동안 인체 환경을 견뎌낼 만큼 강력하다는 것을 나타냅니다.

본 연구는 테스트된 두 종류의 화학적 케이지 모두가 이러한 특정 항체에 테르븀-161을 보유하기에 적합하다고 결론짓습니다. 연구진은 이러한 방사성 의약품을 제조하기 위한 최적의 조건을 식별하여 향후 실험을 위한 신뢰할 수 있는 청사진을 제공했습니다. 여기서 설명된 작업은 실험실 테스트에 국한되어 있으며 아직 환자 대상 임상 시험을 포함하지는 않지만, 이 연구 결과는 이러한 새로운 방사면역결합체(radioimmunoconjugates)가 안정적이며 다음 단계의 평가를 위한 준비가 되었음을 시사합니다. 테르븀-161이 서로 다른 유형의 암을 표적으로 하는 항체에 안전하게 부착될 수 있음을 입증함으로써, 이 연구는 이 강력한 방사성 원소를 사용하여 고형암과 혈액암을 더욱 정밀하게 치료하는 연구의 문을 열어줍니다.

기술 요약: 단클론 항체 기반의 테르븀-161 표지 방사면역접합체 제조

문제 제기
방사면역치료(RIT)는 단클론 항체(mAbs)의 표적 특이성과 치료용 방사성 핵종의 세포 독성 효과를 결합한 것이다. RIT는 기존 치료법에 비해 이점을 제공하지만, 고형 종양에서의 낮은 침투력과 이질적인 항원 발현과 같은 문제에 직면해 있다. 이러한 한계를 해결하기 위해 새로운 방사성 핵종과 개선된 접합 전략에 대한 연구가 집중되고 있다. 테르븀-161( $^{161}$ Tb)은 $\beta^-$ 방출과 더불어 저에너지 전환 전자 및 오제 전자의 추가적인 방출을 통해, 특히 미세 전이 부위에서 세포 수준의 치료 효능을 높일 수 있다는 점에서 루테튬-177( $^{177}$ Lu)의 유망한 대안으로 부상했다.

$^{161}$ Tb 기반 방사면역접합체 개발의 핵심적인 기술적 과제는 접합 화학이다. NHS-에스테르 또는 이소티오시아네이트(SCN) 유도체를 이용한 라이신 지향적 접합은 흔히 사용되지만, 약물-항체 비율(DAR)이 가변적인 이질적인 혼합물을 생성한다. 또한, SCN 유도체에 의해 형성되는 티오요소 결합은 NHS-에스테르에 의해 형성되는 아미드 결합에 비해 열역학적 안정성이 낮고 가수분해에 더 취약하다. 시스테인 또는 당쇄 변형과 같은 부위 선택적 전략이 존재하지만, 라이신 기반 접합은 항체의 무결성과 생물학적 활성을 보존하면서 높은 방사성 표지 효율 사이의 균형을 맞추기 위한 최적화가 필요한 주요 방법으로 남아 있다.

연구 방법론
본 연구에서는 두 가지 서로 다른 단클론 항체인 베바시주맙(anti-VEGF)과 리투시맙(anti-CD20)을 사용하여 $^{161}$ Tb 표지 방사면역접합체의 제조 및 특성 분석을 조사하였다.

화학적 접합:
- 항체: 베바시주맙과 리투시맙을 크기 배제 크로마토그래피를 통해 임상 주입 용액으로부터 정제하였다.
- 킬레이트제: 두 가지 이기능성 DOTA 킬레이터인 NHS-DOTA(아미드 결합 형성)와 p-SCN-Bn-DOTA(티오요소 결합 형성)를 사용하였다.
- 반응 조건: 접합은 0.2 M 탄산염 완충액(pH 9.2)에서 37°C로 4시간 동안 수행되었다. 항체는 10, 20, 50, 100배의 몰 과량의 킬레이터와 반응시켰다.
- 정제 및 특성 분석: 반응하지 않은 킬레이터는 크기 배제 크로마토그래피를 통해 제거하였다. 항체당 결합된 DOTA 분자의 수는 MALDI-TOF/TOF 질량 분석법을 사용하여 정량화하였다.
방사성 표지 최적화:
- 방사성 핵종: $^{161}$ Tb는 원자로 내의 $^{160}$ Gd(n, $\gamma$ ) $^{161}$ Gd $\to$ $^{161}$ Tb 반응을 통해 생성되었으며 높은 비방사능으로 정제되었다.
- 조건: 방사성 표지는 0.2 M 아세테이트 완충액(pH 5.0, 6.0, 7.0)에서 수행되었다. 최적의 수율을 결정하기 위해 면역접합체와 방사성 핵종의 다양한 몰비를 테스트하였다.
- 역학: 확인된 최적 조건 하에서 시간 경과에 따른 방사성 핵종의 결합 속도를 모니터링하였다.
안정성 평가:
- In Vitro 테스트: 네 가지 결과물(두 종류의 베바시주맙 변이체 및 두 종류의 리투시맙 변이체)의 방사화학적 순도를 7일간 평가하였다.
- 조건: 샘플을 인산염 완충 식염수(PBS), 태아 혈청(FBS), 소 혈장 내에서 4°C, 21°C, 37°C의 온도 조건으로 배양하였다.
- 분석: 박층 크로마토그래피(TLC)를 사용하여 매일 방사화학적 순도를 측정하였다.

주요 기여 및 결과

접합 효율: 두 항체 모두에서 두 킬레이터와의 성공적인 접합이 이루어졌다. 본 연구는 항체와 킬레이터의 몰비와 결과적으로 결합된 DOTA 분자 수 사이의 상관관계를 확립하였다.
- 베바시주맙: 1:100 몰비에서 NHS-DOTA는 항체당 약 6.7개의 DOTA 분자를 생성한 반면, p-SCN-Bn-DOTA는 약 9.7개를 생성하였다.
- 리투시맙: 1:100 몰비에서 NHS-DOTA는 항체당 약 9.5개의 DOTA 분자를 생성한 반면, p-SCN-Bn-DOTA는 약 14.1개를 생성하였다.
방사성 표지 최적화: 본 연구는 수율을 극대화하기 위한 각 접합체의 특정 최적 조건을 식별하였다:
- 접합체 1 (Bevacizumab-NHS-DOTA): 1:50 몰비, pH 5.0.
- 접합체 2 (Bevacizumab-p-SCN-Bn-DOTA): 1:10 몰비, pH 6.0.
- 접합체 3 (Rituximab-NHS-DOTA): 1:100 몰비, pH 5.0.
- 접합체 4 (Rituximab-p-SCN-Bn-DOTA): 1:50 몰비, pH 6.0.
- 수율: 이러한 조건 하에서 방사성 표지 수율은 접합체 1에서 4까지 각각 87%, 82%, 100%, 99%에 도달하였다.
안정성 프로파일: 네 가지 방사면역접합체 모두 우수한 안정성을 나타냈다. 7일 동안 모든 테스트된 매체(PBS, FBS, 소 혈장)와 온도(4°C, 21°C, 37°C)에서 방사화학적 순도가 88% 이상으로 유지되었다. 리투시맙 유도체(3 및 4)의 안정성은 이전에 발표된 $^{177}$ Lu 표지 유사체의 데이터와 일치하는 것으로 나타났다.

의의 및 주장
본 논문은 NHS-DOTA와 p-SCN-Bn-DOTA 모두 베바시주맙 및 리투시맙 기반의 안정적인 $^{161}$ Tb 표지 방사면역접합체를 제조하는 데 적합한 킬레이터라고 주장한다. 본 연구는 접합 비율과 방사성 표지 파라미터에 대한 체계적인 평가를 제공하여 높은 방사화학적 순도와 안정성을 갖는 프로토콜을 확립하였다.

저자들은 이러한 접합체의 물리화학적 무결성이 조사된 조건 하에서 유지된다고 주장하며, 이는 표적 방사 의약품으로서의 추가적인 전임상 평가 가능성을 뒷받침한다. 이 연구는 $^{161}$ Tb가 항체 기반 치료를 위한 실행 가능한 치료용 방사성 핵종으로서 유효하다는 증거를 축적하는 데 기여하며, $^{161}$ Tb 표지 맥락에서 두 가지 일반적인 접합 화학(아미드 vs 티오요소)을 직접 비교한다. 연구 결과는 이러한 접합체들이 잠재적인 치료 응용을 위한 필요한 안정성을 갖추고 있음을 시사하지만, 본 논문의 범위는 in vitro 특성 분석에 국한되며 in vivo 생체 분포 또는 치료 효능 데이터는 제시하지 않는다.

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